Природна радиоактивност
Стефан Васић IV-3
1. Увод
Прва сазнања о атомском језгру формирана су крајем XIX века, тачније 1896.
године, када је
А.Бекерел
открио да уран и његова једињења спонтано испуштају
радиоактивно зрачење. Убрзо је установљено да то зрачење јонизује ваздух и да
изазива хемијске процесе, као што је зрачење фотографске плоче и слично.
Анализом уранових руда издвојенасујош два хемијска елемента. Према латинској
речи
radiatio
(зрачење) један од откривених елемената је назван радијум, а сама
појава
природно радиоактивно зрачење.
Други елемент је назван полонијум.
Показано је да интензитет и својства радиоактивног зрачења не зависе од
спољашњих утицаја (осветљености, притиска, температуре итд.), што потврђује да је
оно последица искључиво процеса који се одвијају унутар самог језгра.
Знак упозорења на опасну радиоактивност
А. X. Бекерел
(Becquerel, Antoine Henri 1852-1908), француски физичар,
углавном познат по открићу појаве радиоактивности, установио је да неке уранове
руде непрестано емитују зрачење које оставља одређене трагове на фотографској
плочи чак и када су оне увијене у црну хартију. Испитивања су показала да ти
трагови не могу бити флуоресцентног порекла, већ да је реч о много продорнијем
радиоактивном зрачењу. За своја открића у области радиоактивности Бекерел је,
заједно са супрожницима Маријом и Пјером Кири, добио нобелову награду за
физику.
А. X. Бекерел
Марија Кири
(Maria Sklodowska - Curie, 1867-1934), једна од једна од
најпознатијих жена – научника пољског порекла. Са својим супругом
Пјером
Киријем
(Pierre Curie
1859-1906)
прва, је открила природу радиоактивног зрачења
1
Природна радиоактивност
Стефан Васић IV-3
Појава спонтаног (без спољних утицаја) претварања нестабилних језгара
једног хемијског елемента у језгра других елемената, уз емисију алфа честица,
бета честица и гама зрачења, назива се природна радиоактивност.
Почетна анализа састава радиоактивног зрачења била је извршена на основу
отклона (скретања) тог зрачења у електричном и магнетном пољу. На слици.1
,
приказана је шема раздвајања
а-
и честица и -зрака у магнетном пољу. У суду се
налази радиоактивни елемент - радијум. На основу скретања у магнетном пољу
(електричном пољу), утврђено је да су - честице позитивно наелектрисане, -
честице - негативно, а да су -зраци електрично неутрални.
Даља истраживања су показала да су -честице заправо хелијумова језгра, -
честице електрони, а да су - зраци електромагнетно зрачење веома малих таласних
дужина (великих фреквенција), односно велике енергије.
2. Алфа распад
Спонтана трансформација атомског језгра при којој се емитује алфа честица,
назива се алфа распад. Алфа распад је својство тежих атомских језгара хемијских
елемената, с масеним бројем
А >
200 и атомским бројем
2 >
82. Емисија алфа
честице приказана је на слици.
Алфа честице (хелијумова језгра) састоје се од два протона и два неутрона.
Алфа честица је веома стабилан нуклеарни систем (велика енергија везе по
нуклеону).
Сл.2 Алфа распад
Истраживања су показала да у већини случајева радиоактивни елементи
испуштају по неколико група моноенергетских -честица. Све честице исте групе
имају приближно једнаке енергије, али се њихове енергије у разним групама
разликују. Зато је енергијски спектар -честица дискретног (линијског) карактера.
На слици.2 . дата је шема распада бизмутовог језгра,
при којем се појављују
неколико група -честица са различитим енергијама. Новонастало језгро у овом
распаду (талијум
) може бити не само у основном енергијском стању, него и у
побуђеним (ексицитираним) стањима.Управо се тиме објашњава постојање више
енергијских група - честица.
3
Природна радиоактивност
Стефан Васић IV-3
Може се направити одређена аналогија између омотача атома и његовог
језгра. Као што постоји дискретни (прекидни, линијски) спектар фотона који се
емитују из омотача атома (што је последица дискретних енергијских стања, односно
нивоа електрона у атому) постоји и дискретни (прекидни) енергијски спектар -
честица. То сведочи о квантовању енергије атомског језгра:
енергија атомског
језгра може имати само дискретии низ вредности.
У општем случаку, - распад се може симболички преставити:
Са X је означен хемијски елемент који се распада (матично језгро), а са У
хемијски елемент који се образује после емисије -честице (новонастало језгро).
Масени број насталог језгра се смањује за четири, а атомски број за два у односу на
почетно (матично језгро). То ћемо илустровати примером -распада урановог
изотопа
, после чега настаје торијум (сл.3):
Слика.3 - Алфа распад
Брзине којима -честице излећу из језгра могу да буду веома велике (и до 10
7
m / s ) а кинетичка енергија реда величине —> неколико МеV. Пролазећи кроз
супстанцу, -честица постепено губи енергију, пошто јонизује њене молекуле
(атоме) док се на крају не заустави. На свом путу - честица може да образује око
10
5
пари јона. Што је већа густина супстанције, то је мањи домет -честица. Домет
-честице зависи од њене почетне брзине. У ваздуху у нормалним условима домета -
честица износи неколико центиметара, а у чврстој супстанци приближно онолико је
мањи колико пута је дата супстанца гушћа од ваздуха (реда величине 10
-3
сгп). Алфа
честице се практично могу зауставити листом обичне хартије.
4
